Phan 1-chuong-5-cac-phan-tu-va-mach-logic-khi

PHẦN 1:
KHÍ NÉN
Nội dung phần này: gồm 8 chương
Chương 1: Khái niệm chung về hệ thống khí nén
Chương 2: Nguồn cung cấp khí nén
Chương 3: Hoạt động và ứng dụng các phần tử khí
Chương 4: Mạch điều khiển
Chương 5: Các phần tử và mạch logic khí
Chương 6: Điều khiển điện trong mạch khí
Chương 7: Hệ thống áp suất
Chương 8: Các bộ điều khiển khí

CHƯƠNG 5
CÁC PHẦN TỬ VÀ
MẠCH LOGIC KHÍ
Nội dung: Ứng dụng một số hàm logic, đại số Boole
vào các phần tử khí. Sử dụng bảng
Karnaugh-Veitch để thiết kế mạch điều
khiển bằng khí nén.

5.1 Một số hàm logic cơ bản
Xét hàm AND có n cửa vào 1, 2, …, n. Hàm này
thực hiện phép toán sau:
5.1.1 Hàm AND
Out = (In1) AND (In2) AND … AND (Inn)
AND
1
2
3
In Out
Hàm logic khí AND:

Xét hàm OR có n cửa vào 1, 2, …, n. Hàm này thực
hiện phép toán sau:
5.1.2 Hàm OR
Out = (In1) OR (In2) OR … OR (Inn)
OR
1
2
3
In Out
Hàm logic khí OR:

Hàm này luôn chỉ có 1 tín hiệu vào.
Khi không có xung điều khiển thì tín hiệu ra bằng
tín hiệu vào, khi có xung điều khiển xuất hiện thì
tín hiệu ra mất.
5.1.3 Hàm NOT
NOTIn Out
Impulse

Xét hàm NAND có n cửa vào 1, 2, …, n. Hàm này
5.1.4 Hàm NAND
Out = (In1) NAND (In2) NAND … NAND (Inn)
Để minh họa, ta xét hàm NAND có 2 cửa vào In1,
In2. Bảng sự thật cho hàm này như sau:

Xét hàm NOR có n cửa vào 1, 2, …, n. Hàm này
5.1.5 Hàm NOR
Out = (In1) NOR (In2) NOR … NOR (Inn)
Để minh họa, ta xét hàm NOR có 2 cửa vào In1,
In2. Bảng sự thật cho hàm này như sau:

Xung điều khiển ở cửa thứ 1 sẽ duy trì tín hiệu ra
cho đến khi xuất hiện xung điều khiển ở cửa thứ 2.
5.1.6 Hàm có nhớ

Khi có xung điều khiển, cửa ra nhận tín hiệu của
cửa vào và chỉ duy trì trong 1 khoảng thời gian xác
định.
5.1.7 Hàm có nhớ giới hạn
limited
memory
In Out
Impulse

Trong hệ thống điều khiển khí, chỉ có 2 trạng thái
có thể có của van và 2 vị trí có thể có của xy-lanh.
Vì vậy, tất cả các trạng thái của phần tử khí có thể
biểu diễn bởi mã nhị phân; trong đó:
 0 biểu diễn trạng thái OFF, và
 1 biểu diễn trạng thái ON của van hoặc tiếp
điểm.
Việc dùng số nhị phân mô tả mạch khí cho phép tối
giản mạch khí và đơn giản hóa công việc thiết kế.
5.2 Số nhị phân

Đại số Boole là các phép tính dựa trên 2 chữ số 0
và 1.
Đại số Boole chỉ liên quan đến 2 trạng thái có thể
có của tín hiệu:
 “đúng” hoặc “sai”,
 “ON” hoặc “OFF”,
 “1” hoặc “0”,
 “vào” hoặc “ra”, …
5.3 Đại số Boole

Để thuận tiện cho việc áp dụng đại số Boole vào hệ
thống khí, chúng ta đưa ra một số ký hiệu sau:
 Tín hiệu vào hoặc ra được biểu thị bằng chữ cái
hoặc giá trị số. Khi biểu diễn bằng giá trị số có
nghĩa là giá trị của nó không thay đổi.
 OR có thể biểu diễn bởi (+) hoặc  hoặc V.
 AND có thể biểu diễn bới dấu () hoặc  hoặc .
 Gạch ngang trên đầu các chữ cái biểu thị trạng
thái đảo.
5.4 Các phần tử logic khí và
ứng dụng của đại số Boole

Sau đây là một số hàm logic đại số Boole thông
dụng:

Bảng tóm tắt

Bảng tóm tắt các hàm logic và bảng sự thật

Ví dụ 1: Một hệ thống đưa nguyên liệu vào máy dập
có thể hoạt động bằng tay hoặc tự động với
các điều kiện đầu như sau:
1. Vật cần nén phải vào đúng vị trí.
2. Vật đó phải được kẹp lại.
3. Không có bộ phận nào của cơ thể người vận
hành nằm trong phạm vi làm việc của máy.
5.5 Một số ví dụ về phương
trình điều khiển

Ví dụ 1:
Gọi: A1 là công tắc hoạt động tay;
A2 là công tắc hoạt động tự động;
B1 là cảm biến vị trí đặt của vật;
B2 là cảm biến kẹp;
C là tay người vận hành;
Y là tín hiệu ra.

Ví dụ 1:
Từ điều kiện đầu của bài toán, ta có các phương
trình sau:

Ví dụ 1:
Đây là phương trình logic AND thuần túy. Ta có
mạch được thiết kế với cổng AND 4 đầu vào.
Sơ đồ điều khiển logic và mạch khí nén như sau:

Ví dụ 2: Một xy-lanh tác động đơn được điều khiển
hành trình ra từ 1 trong 2 vị trí A, B khác
nhau. Hãy thiết kế mạch điều khiển theo yêu
cầu.

Ví dụ 2:
Gọi: Y là tín hiệu ra tới van điều khiển xy-lanh;
A, B là hai van điều khiển hướng;

Ví dụ 2:
Từ điều kiện đầu của bài toán, ta có các phương
trình sau:

Ví dụ 2:
Sơ đồ điều khiển logic và mạch khí nén như sau:
A
B
Y

5.6 Sử dụng bảng Karnaugh-
Veitch để thiết kế mạch khí
5.6.1 Biểu đồ Karnaugh-Veitch
Biểu đồ Karnaugh-Veitch (K-V) được sử dụng rộng
rãi để đơn giản hóa các bài toán điều khiển phức
tạp.
Ngược lại với biểu đồ Venn chỉ biểu diễn biểu đồ các
biến điều khiển và tạo ra phương trình đại số dưới
dạng đại số Boole, biểu đồ K-V đưa ra một cách tốt
hơn và đơn giản hơn về trạng thái và các mối quan
hệ giữa các tín hiệu điều khiển.

Những biểu đồ K-V này có thể bao gồm một lượng
rất lớn các biến điều khiển dưới dạng đại số và logic
nhị phân.
Từ biểu đồ này, thiết lập các phương trình sau đó
dùng biểu đồ tối thiểu hóa chúng dựa vào các luật
cơ bản của đại số tập hợp để sau cùng thu được
phương trình điều khiển ở dạng đơn giản nhất.

Ưu điểm lớn nhất của biểu đồ K-V là ở chỗ chúng
có khả năng chuyển các biến dưới dạng toán logic
YES/NO vào một bảng gồm nhiều ô và trong mỗi ô
đánh dấu sự có mặt hay không có mặt của biến.

Hình minh họa biểu đồ K-V cho một biến điều
khiển A, gồm 2 ô A và , có thể dùng số “1” để biểu
diễn trạng thái A và “0” để biểu diễn trạng thái A.
A A AA

Hình trên biểu diễn cho hàm 2 biến A và B gồm 22
= 4 ô; cách chuyển các giá trị trong bảng sự thật
vào biểu đồ K-V. Phương trình điều khiển được tạo
ra bởi các ô có giá trị là “1”.
A·B A·B
A·B A·B
A
B
(b)
Row
0
A B Y
0 0 0
1 0 1 1
2 1 0 1
3 1 1 1
(d)
0 2
1 3
A
B 10
0
1
Row no. 0
Row no. 1
Row no. 2
Row no. 3
(c)

Và theo biểu đồ, ta có phương trình điều khiển:
Hay:
A·B A·B
A·B A·B
A
B
(b)
Row
0
A B Y
0 0 0
1 0 1 1
2 1 0 1
3 1 1 1
(d)
0 2
1 3
A
B 10
0
1
Row no. 0
Row no. 1
Row no. 2
Row no. 3
(c)

A·B·C
AB
C
A·B·C
A·B·C
A·B·C
A·B·C
A·B·C
A·B·C
A·B·C
(e)
Row
0
A B C
0 0 0
1 0 1 0
2 1 1 0
3 1 0 0
4 0 0 1
5 0 1 1
6 1 1 1
7 1 0 1
Y
0
1
1
0
0
1
1
0
(f)
0 1
0 1
AB
C 0100
0
1
1 0
1 0
1011
Y = A·B·C
Y = A·B·C
Y = A·B·C
Y = A·B·C
(g)
Biểu đồ K-V cho hàm ba biến A, B và C:

Phương trình điều khiển:

5.6.2 Thiết kế mạch khí với biểu đồ K-V
Xét 2 xy-lanh A và B được điều khiển theo chuỗi để
kẹp và dập một vật thể.
Để sử dụng được kỹ thuật biểu đồ K-V trong thiết
kế mạch, chúng ta phải biết cách sử dụng sơ đồ
bước vị trí như trên hình vẽ.

a1
A
ao
b1
B
bo
1 2 3 4 5
A1 B1 Bo Ao
(a)
bo
ao
a1
b1
a1
ao
A1
B1
Bo
Ao
(b)
A1
B1
A1
(c)
ao
bo
a1
bo
a1
b1
a1
bo
Sơ đồ bước vị trí của các XL
Biểu đó hướng và dòng tín
hiệu
Đường biểu diễn lưu lượng và
hướng tín hiệu

Biểu đồ K-V với hướng và dòng tín hiệu
bo
ao
a1
b1
a1
ao
A1
Ao
X X
B1
X1
Xo
Bo

Từ biểu đồ K-V, ta rút ra phương trình logic như
sau:

Để tối thiểu hóa phương trình logic trên, phải vẽ
các biểu đồ K-V riêng cho mỗi trạng thái nhớ, tức
là với A1, A0, B1, B0, X1, X0, …

Chẳng hạn với van điều khiển hướng của A, sự
hiện diện của A1 và A0 được vẽ trên hình sau:
A1 Ao
(b)
bo
ao
a1
b1
a1
ao
A1
Ao
X X
(a)
-bo.ao.X
-bo.a1.X
-b1.a1.X
-b1.ao.X
A1
-bo.ao.X
-bo.a1.X
Ao
A1 = X Ao = bo.X
Biểu đồ K-V với A1 và A0

Chẳng hạn với van điều khiển hướng của A, sự
hiện diện của A1 và A0 được vẽ trên hình sau:
A1 Ao
(b)
bo
ao
a1
b1
a1
ao
A1
Ao
X X
(a)
-bo.ao.X
-bo.a1.X
-b1.a1.X
-b1.ao.X
A1
-bo.ao.X
-bo.a1.X
Ao
A1 = X Ao = bo.X
Phương trình logic của
chúng là:
Hay:

Thực hiện tương tự với B1 và B0, X1 và X0 được:
Mạch điều khiển khí nén được thiết kế như sau:

Khi vẽ biểu đồ K-V cần chú ý rằng:
• Phải chọn những vòng đối xứng, nếu cần có
thể sử dụng cả những ô không xác định.
• Vòng càng lớn thì càng tốt vì phương trình
thu được càng đơn giản.

5.7 Một số bài toán điều khiển
đơn giản
Bài 1
Một phôi được kẹp trên bàn tiện nhờ 1 xy-lanh khí
và được dịch chuyển nhờ 1 xy-lanh thủy khí được
mô tả như trên sơ đồ bước vị trí ở hình vẽ sau.
Hãy thiết kế mạch khí điều khiển cho bài toán trên.

đơn giản
Bài 1
Clamping
Cutter
(Milling)
Feeding
(a)
a+
A
a-
b+
B
b-
1 2 3 4 5 6 7
(b)

đơn giản
Bài 2
Sử dụng bảng K-V thiết kế mạch khí điều khiển
chuỗi xy-lanh có biểu đồ chuỗi như hình vẽ sau:

Phan 1-chuong-5-cac-phan-tu-va-mach-logic-khi

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Phan 1-chuong-5-cac-phan-tu-va-mach-logic-khi

Similar to Phan 1-chuong-5-cac-phan-tu-va-mach-logic-khi (13)

More from Trương Khuyết

More from Trương Khuyết (6)

Phan 1-chuong-5-cac-phan-tu-va-mach-logic-khi